과학자들이 인간을 포함한 포유류 뇌 피질의 초기 형태가 5억 5000만년 전 진화한 흔적을 칠성장어에서 찾았다.

인간의 뇌는 진화가 만들어 낸 가장 복잡한 구조 중 하나다. 대부분의 전뇌 진화는 주로 포유류에서 발생했으며 물고기와 양서류 등 포유류 이전 뇌에는 기능 피질이 부족하다고 여겨졌다.

뇌의 바깥부분인 피질(cortex)은 시각과 운동과 같은 더 복잡한 뇌 기능과 언어, 기억, 감정과 같은 더 높은 기술을 조절한다.

칠성장어(Lamprey) 뇌에 대한 새로운 연구에서 스웨덴 카롤린스카연구소(Karolinska Institutet) 연구자들은 피질 탄생을 약 3억 년에서 5억 년 전으로 추정, 뇌 진화에 대한 새로운 시각을 제시했다.

연구팀은 포유류 신피질(neocortex)의 기본 감각운동 영역인 감각 시상피질(sensory thalamocortical) 층이 이미 약 5억 5000만 년 전 칠성장어 등 무악류(cyclostomes)와 유악류(gnathostomes) 공통 조상단계에서 이미 진화했음을 밝혔다.

이 연구는 과학 저널 ‘Nature Ecology & Evolution’에 게재됐다.

카롤린스카연구소 신경 생리학자 스텐 그릴너(Sten Grillner)는“우리는 현존하는 척추 동물 중 가장 오래된 그룹인 칠성장어를 통한 뇌의 진화를 연구하는 데 오랜 시간을 보냈다. 신경 생리학적 분석과 조직 화학적 기술을 결합한 칠성장아 뇌에 대한 상세한 연구를 진행했다”고 밝혔다.

이 연구에서 연구원들은 포유류보다 수억 년 전에 존재했던 칠성장어에서 피질, 기저핵 및 도파민 시스템 발달을 위한 상세한 청사진을 가지고 있음을 보여준다. 연구자들은 또한 칠성장어의 피질이 시야의 다른 부분을 나타내는 시야 영역을 가지고 있음을 발견했다.

감각 및 운동 영역도 발견됐다. 그릴너 교수는 “이것은 피질의 탄생이 약 3 억년 이전 이라는 것을 제시한다. 인간 두뇌의 기본 계획이 이미 5억년 전에 정의됐다는 것을 의미한다. 즉, 칠성장어가 포유류와 인간에 이르는 진화에서 분기되기 전에 말이다”라고 설명했다.

이 연구에 따르면 인간 뇌의 모든 주요 구성 요소는 각 부위에 훨씬 적은 수의 신경 세포가 있지만 칠성장어 뇌에서도 발견된다.

그는 “칠성장어 뇌의 중요한 부분은 인간 뇌와 다른 방식으로 보존되고 조직됐다”며 “이 발견은 뇌가 어떻게 진화했고, 진화를 통해 어떻게 설계됐는지에 대한 이해에 중요하다”고 말했다.

이 연구는 스웨덴 연구위원회, EU 연구 및 기술 개발 프레임 워크 프로그램, 파킨슨 재단 및 카롤린스카 연구소에서 재정 지원을 받았다.

* Journal Reference

Shreyas M. Suryanarayana, Juan Pérez-Fernández, Brita Robertson, Sten Grillner. The evolutionary origin of visual and somatosensory representation in the vertebrate palliumNature Ecology & Evolution, 2020; DOI: 10.1038/s41559-020-1137-2